三峡库首区现今构造应力场的形成体制分析

本文从地质、地震、形变、地应力测量等方面对三峡库首区现今构造应力场进行了系统的分析和论证,并用数值模拟进行了验证,认为三峡库首区现今构造应力场属于纯剪切变形体制,即:在来自西部NE-SW方向主压应力挤压的基础上,同时叠加有因江汉-洞庭盆地拉张而引起的NWW-SEE向主张应力的作用,这两种力源近于直交,可以分别作为研究区现今构造应力场的主压应力(σ₁)和主张应力(σ₃).      

最大有效力矩准则的理论拓展

在分析"导致变形带内先存面理或层理发生转动的最大有效力矩与先存面理或层理方向有关"的基础上, 对最大有效力矩准则(M_eff=0.5(σ₁-σ₃) Lsin2αsinα)进行理论上的拓展, 提出了可以判定任意方向先存面理最大有效力矩的准则——泛最大有效力矩准则(M_G-eff=0.5(σ₁-σ₃)Lsin2αsin(α-θ)), 其中当先存面理与最大主压应力(σ₁)平行时, 则成为最大有效力矩准则。该准则的理论分析表明:①当先存面理与σ₁平行时, 在σ₁左右两侧±54.7°方向出现2个有效力矩的最大值, 形成共轭的变形带, 钝角(109.4°)对着σ₁方向; ②当先存面理与σ₁斜交时, 在σ₁的另一侧出现1个有效力矩的最大值, 从而只出现一个方向的变形带, 并随着先存面理偏离σ₁方向, 变形带与σ₁的夹角逐渐减小(从θ=0°时的54.7°, 减小到θ=90°时的35.3°), 而与先存面理之间的夹角逐渐增大(从θ=0°时的54.7°, 增加到θ=90°时的125.3°); ③当先存面理与σ₁垂直时, 在σ₁左右两侧± 35.3°方向出现2个有效力矩的最大值, 也形成共轭的变形带, 但锐角(70.6°)对着σ₁方向。在主应变平面上变形带与先存面理方向及变形带剪切方向(左旋或右旋)已知的情况下, 可以确定最大主压应力方向。泛最大有效力矩准则克服了最大有效力矩准则与滑移线理论不相容的问题, 可以解释大多膝褶带非共轭发育等多种现象, 预期在韧性变形域中具有广阔的应用前景。      

2019年5月18日松原M5.1地震构造机制分析

基于区域地震台网的数字化波形资料,使用ISOLA方法对2019年5月18日吉林松原M5.1地震进行矩张量反演,研究地震的震源机制,并且收集了地震序列中M_L2.5以上地震的震源机制解,采用FMSI（focal mechanism stress inversion）方法反演震中区构造应力场。结果显示：松原M5.1地震的矩震级为4.9,矩心深度为6 km,双力偶分量为91.5%,主压应力P轴方位角、倾角分别为76°和3°,主张应力T轴方位角、倾角分别为166°和16°,震源机制解显示典型的构造地震特征;震中区构造应力场理论应力轴σ₁方位角、倾伏角分别为88.0°和0.9°,σ₂方位角、倾伏角分别为178.2°和9.6°,σ₃方位角、倾伏角分别为352.5°和80.4°,这一结果与区域构造应力场一致。推断认为区域构造应力场触发了2019年松原M5.1地震活动,地震震源机制解的北西向节面与震中区附近的第二松花江断裂现今活动性质完全一致,认为第二松花断裂可能是松原M5.1地震的发震断层。     

华北板块南缘的变形分解:洛南-栾川断裂带与秦岭北缘强变形带研究

秦岭洛南-栾川断裂带具有左旋斜向俯冲的运动学特征,其产状一般为107°/N∠65°。华南板块的俯冲方向为80°,俯冲角度为42°;华南板块运动方向为42°,运动方向与华北板块南部边界的夹角为65°,汇聚角25°。秦岭北缘强变形带内褶皱枢纽延伸方向为290°,与洛南-栾川断裂带存在15°的夹角。逆冲断层走向与褶皱的枢纽方向基本一致,大多数断层与洛南-栾川断裂带有相同的运动学极性,性质为左行平移逆断层。平移正断层走向主要为NE SW,断层性质、展布方向、运动学特征与板块汇聚的应力作用方式吻合;片理、片麻理走向117°,与洛南-栾川断裂带走向夹角为10°。在垂直剪切带的剖面上,系统观察岩石变形特征,测量面理产状,进行岩石有限应变测量,岩石非共轴递进变形分析结果表明:秦岭北缘强变形带内由南向北面理走向与剪切带走向的夹角逐渐增大,岩石剪应变量依次递减,造山带变形具有“三斜对称”特点。     

山东蒙阴常马走滑式韧性剪切带控矿研究

山东省蒙阴县常马韧性剪切带构造岩具有明显的分带 ,由中心向两侧依次为超糜棱岩带、糜棱岩带、初糜棱岩带和糜棱岩化片麻岩带。构造岩中的韧性变形显微组构极为发育。糜棱叶理产状为 2 0 8°∠ 74°,线理产状为 115°∠ 2°,显示了该韧性剪切带具走滑剪切的特征。该韧性剪切带形成时 ,差应力值为 5 2 .6 7MPa ,形成时古应力方位为σ1=73°∠ 2°。位于该韧性剪切带中心的超糜棱岩带 ,金元素明显富集 ,构成金矿体。综合研究表明 ,韧性剪切作用控制了金矿体的形成与分布 ,因此常马金矿床是一同韧性剪切带型金矿床     

鄂西恩施断裂分段结构及动力学探讨

利用断裂带的共轭节理、断面擦痕和阶步及显微构造反演恩施断裂 3个主要变形期的运动学和动力学特征。燕山主期的最大水平挤压应力方向变化范围为 30 0°～ 34 0° ,差异应力在 15 0～ 180MPa之间 ;燕山晚期的最大水平挤压应力方向为 35 0°～ 10° ,差异应力为 12 0MPa左右 ;喜马拉雅主期的最大水平主压应力方向在 2 0°～ 6 0°之间 ,差异应力为 6 0～ 10 0MPa。恩施断裂的分段结构主要受区域动力学背景和断层自组织结构的双重控制。在燕山主期 ,主要受区域动力学变形背景控制 ;而在燕山晚期和喜马拉雅主期 ,则主要受断层自身结构的自组织反馈行为控制     

亚干变质核杂岩的运动学涡度与剪切作用类型

运用极摩尔圆法、张量分析法和应力取向分析法对内蒙亚干变质核杂岩的剪切作用类型进行了定量分析。相关韧性剪切带的运动学涡度值为 0.53-0.87, 表明相关的剪切作用为减薄型一般剪切。其间的差异,表明主期以简单剪切为主,递进变形过程中, 纯剪切组分增加, 这很可能与因晚期脆性断层引起的位移分解作用有关。同向伸展褶劈理的取向与剪切带边界的夹角既不等于两流脊间的夹角,也不等于其值之半,但可据以确定主应力方向,从而确定两流脊间的夹角和对应的运动学涡度     

构造应力场控矿原理及控矿规律的实验研究

本文从成矿构造应力场入手,研究了成矿构造应力场控矿的应变能原理及矿液运移原理,认为主应力和(σ₁+σ₂)与主应力差(σ₁-σ₂)决定了应变能的大小和矿液运移势的高低,它们都体现了能量规律。在此基础上对矿床中经常出现的4种典型构造在不同边界条件下进行了全息光弹模拟实验,发现应变能的分布、成矿流体的运动和集中与构造应力场密切相关,应变能的高梯度区和成矿流体运移势的低值区是成矿的有利构造部位。文中还介绍了一些控矿实例。      

最大有效力矩准则及其构造地质学意义

摩尔-库伦准则广泛用于解释断裂的形成。然而却不能说明自然界广泛存在的大变形。一新的变形理论——最大有效力矩准则(MEMC),其数学表达式为:Meff=0.5(σ1-σ3)Lsin2αsinα,式中σ1-σ3为相关岩石的屈服强度,L为单位长度,α是最大主压应力轴(σ1)与变形带间的夹角。该准则证明有效力矩的最大值出现在σ1轴两侧54.7°方向上,其大小在55°±10°区间内无显著变化、覆盖全部自然和实验数据。最大有效力矩准则的主要构造意义为:1可用以确定相关变形构造形成时的应力状态;2在涡度与应变速率保持恒定的条件下,确定相关韧性剪切带运动学涡度(…     

三轴不等应力场下剪切破裂趋势面方向探析

文章在弹性力学和库仑-摩尔破裂理论基础上,用数学解析方法剖析三轴不等应力状态,以及三轴全拉、三轴全压和最大最小主应力一拉一压三种情况下,斜截面上剪应力与抗剪阻力之差——"剪切差函数"的极值。进而探讨了剪切破裂趋势面方向与三主应力轴,及岩石(体)内摩擦角φ和内聚力C的关系。给出了不同应力状态下发生剪切破裂面的可能方向。在全压状态下,剪切破裂趋势面与最大主压应力轴夹角γ=±(45°-φ/2),即共轭角χ=±(90°-φ)。在一拉一压状态下,±(45°-φ/2)≤γ≤±45°,具体数值视拉主应力与压主应力比值确定。以上三种不等主应力下的剪切破裂面都是平面,且平行于中间主应力轴。构造拉张力的存在是无可争议事实,通过一拉一压状态下剪切破裂面趋势面分析,给出了构造地质实践中为什么有时剪切面共轭角χ>±(90°-φ),甚至接近90°的理论分析。     

运动学涡度、极摩尔圆及其在一般剪切带定量分析中的应用

自然界中剪切带通常是由平行于剪切带方向的简单剪切和与之垂直的纯剪切共同作用的结果。利用运动学涡度(W_K)可以定量地分析两者间的比值大小。一般摩尔圆只能应用于共轴应变,而极摩尔圆可应用于共轴与非共轴变形,并为求取W_K提供了一种简便可行的方法。本文对一般剪切带的概念及其分类进行了描述,对运动学涡度和极摩尔国的原理及其应用进行了系统的论述,并在此基础上提出了几种新的实用的极摩尔国编制方法。      

含柯石英榴辉岩形成深度的构造校正测算

应用透射电子显微镜(TEM)对大别地区英山县含柯石英榴辉岩、石英榴辉岩及石榴角闪岩中石榴子石进行研究,结果表明在强塑性变形的三类岩石中,石榴子石的超微构造特征存在明显差异。在含柯石英榴辉岩中的石榴子石位错密度比角闪岩中的低。修正石榴子石材料系数α为0.25,用石榴子石位错密度估算了相对差异应力值,并讨论了在超高压榴辉岩形成和退变质过程中各阶段的变质条件。根据石榴子石位错密度测定的差异应力,结合石榴子石的变形测量,恢复构造三维主应力及构造附加静水压力值P_S,从柯石英相的转变压力P中减去构造附加静水压力值P_S后,利用单纯由重力引起的静水压力值P_G换算上覆岩石的重力和厚度,获得大别超高压变质带含柯石英榴辉岩形成深度仅为 ≥ 32.09~32.11km.因此提出,该含柯石英榴辉岩是在这一地壳深处(或稍深一些)受强烈构造作用形成的新认识。同位素资料分析表明,大别地区榴辉岩系地壳成因,这对于榴辉岩是壳内产物的认识提供了进一步证据。      

桐柏造山带中剪切带的位移量及年代学研究

桐柏造山带在形成和演化过程中产生了多条韧性剪切带, 本文选取其中大河-固县剪切带和殷店-马垅剪切带作为研究对象, 分析其构造变形特征, 并利用数学法和图解法, 分别计算出两条韧性剪切带的位移量; 对殷店-马垅剪切带尝试用同构造变形石英脉的ESR测年来确定剪切带的活动年龄, 其结果与前人在该地区所获得的年龄十分吻合。大河-固县剪切带具右旋剪切的运动学特征, 运动学涡度W_k明显大于0.75, 指示以简单剪切为主, 位移量为857~867 m。殷店-马垅剪切带同样为右行剪切, 其位移量为1 081~1 113 m, 石英ESR测年结果140.6~131.5 Ma, 表明桐柏造山带碰撞后的构造变形以剪切活动为主, 活动年龄在早白垩世时期。     

Using the Maximum Effective Moment Criterion to Interpret Quartz <c>‐Fabric Patterns

The Maximum Effective Moment (MEM) criterion predicts that the initial orientation of ductile shear zones and shear bands is ~55° relative to the maximum principal stress axis (σ1) and that the kinematic vorticity number (Wk) is ~0.94. These preferred orientations should be reflected in the pattern of quartz -fabrics in shear zones and shear bands. Common quartz -fabrics in plane strain can be divided into low-temperature (L) and high-temperature (H) fabrics, with each group showing three patterns. A steady flow with a constant value of Wk≈0.94 gives rise to L-1 and H-1 patterns, which are commonly characterized by a single axis girdle normal to the shear zone and a single -point maximum parallel to the shear zone.Once the conjugate set develops, L-1 and H-1 have opening angles of ~70° and ~110°, respectively. L-2 and H-2 are asymmetric patterns associated with variable deformation partitioning and vorticity values of 0< Wk<0.94. In contrast, L-3 and H-3 are symmetric patterns associated with 100% deformation partitioning and Wk=0. The opening angle in quartz -fabrics is implicitly linked to the temperature during deformation. The opening angle is ~70° at low temperature and ~110° at high temperature. However, a linear correction between the opening angle and the temperature cannot be established. During deformation partitioning, synthetic shear bands form earlier than antithetic bands and are more easily developed. This may result in opening angles of <70° for low-temperature fabrics and of >110° for high-temperature fabrics. The following criteria can be used to recognize reworked shear zones that have experienced multiple orogenic phases and changes in the stress state: 1) the initial Wk is larger or smaller than ~0.94; 2) the change in Wk is abrupt, rather than progressive; 3) inconsistent shear senses are inferred for the different phases of deformation; and 4) a negative value of Wk is found in reworked shear zones.     

The Maximum Effective Moment Criterion （MEMC） and Its Implications in Structural Geology

1 Introduction A high-level generalization of structures in the earth crust has been given by Ramsay (1980): low-angle thrusts in the brittle upper crust and high-angle reverse shear zones in the ductile middle-lower crust are formed in contractional regimes; high-angle normal faults in the brittle upper crust and low-angle normal shear zones in the ductile middle- lower crust are formed in extensional regimes. The formation of low-angle thrusts and high-angle normal faults in brittle domains …     

运动学涡度的理论与实践

一般剪切作用下,碎斑或顺剪切作用方向向前或逆向旋转向两特征方向或流脊(非旋转方向)靠拢。高应变条件下,二长比大于一特定值的碎斑,当其顺向或逆向旋转至以特征方向为渐近线的双曲线的稳定翼上时,便稳定下来不再旋转。二长比小于该值的碎斑将不断向前旋转。这一特定值位于该双曲线的顶点,相应的临界形态因子(B*)或/和两特征方向间夹角的余弦定义为运动学涡度(Wk)。Wk是确定一相关韧性变形带纯剪切和简单剪切组分相对大小的重要度量,是根据内旋转(涡度)与线应变速率之间的比值而定的数值度量。就变形带而言,一般剪切带的运动学涡度变化为0~1,纯剪切为零,简单剪切为1。这是一非线性尺度,纯剪切和简单剪切各占50%的运动学涡度为0.71,而不是0.5。运动学涡度可通过计算、图解(双曲线网(PHD)、刚性颗粒网(RGN)法、Passchier图解、Wallis图解)、极摩尔圆法和应力或瞬时增量应变方向获得。运动学涡度与有限应变测量相结合很可能是估算一地地壳减薄/伸展量或增厚/缩短量的最佳途径。变形过程中运动学涡度很可能变化,应根据不同时期形成的构造获得相应时期的运动学涡度。     

Palaeostress analysis of the northern Nijar and southern Vera basins: constraints for the Neogene displacement history of major strike-slip faults in the Betic Cordilleras, SE Spain

This paper presents the results of a detailed structural analysis of the northern Nijar and southern Vera basins with special emphasis on the evolution of the regional stress field and the associated timing of movement of the Serrata, Gafarillos and Palomares strike-slip fault zones. These major fault zones control the Neogene deformation of the SE Internal Betic Cordilleras in Spain. Detailed stress analysis on Neogene sediments of the Vera and Nijar basins shows a strike-slip regime with NW–SE-oriented subhorizontal maximum principal stress (σ₁) during Tortonian and earliest Messinian times. Under the influence of this stress field, dextral displacement along the N090E-trending Gafarillos fault zone resulted in deformation of the sediments of the southern Sorbas and northeastern Nijar basins. During the early Messinian a clock-wise rotation of the stress field occurred. Stress analysis in rocks with late–early Messinian up to Quaternary ages in the Nijar and Vera basins indicates a strike-slip regime with N–S-oriented subhorizontal maximum principal stress (σ₁). Under the influence of this stress field the main activity along the N010E-striking Palomares strike-slip fault zone took place, resulting in deformation of the Neogene sediments of the southeastern Vera basin and culminating in a maximum sinistral displacement of more than 20 km. At the same time the stress field was not suitably oriented to exert a large shear component on the Gafarillos fault zone, which activity ended after the earliest Messinian. Fault and outcrop patterns of syntectonic Neogene sediments in the Vera basin show that displacement along the Palomares fault zone decreased at the end of the Middle Miocene although minor displacement phases may still have occurred during the Late Miocene and possibly even Pliocene. From the Middle Miocene onward, deformation in the Nijar basin was controlled by sinistral displacement along the N040E-trending Serrata strike-slip fault zone.     

雪硅钙石的矿物学特征研究

研究发现,雪硅钙石是一种硅酸钙水化物.根据电子探针分析结果计算得到的化学式为（Ca_4.424K_0.021Mg_0.003）_4.448（Si_5.731Al_0.728）_6.465O₁₆（OH）₂·4H₂O,与经典化学式Ca₅Si₆O₁₆（OH）₂·4H₂O基本一致.通过X射线粉晶衍射结果分析认为,该雪硅钙石属于1.4 nm类型雪硅钙石.雪硅钙石矿物呈放射状纤维集合体,颗粒大小为0.2 mm×0.5 mm×0.3 mm,黄褐色,正低突起,最高干涉色为Ⅰ级黄,二轴晶正光性,光轴角为53°.     

最大有效力矩准则及相关地质构造

摩尔-库伦准则广泛用以说明断裂构造的形成,然而却不能解释自然界广泛分布的大变形。最近提出的岩石变形新理论——最大有效力矩准则,其数学表达式为Meff=0.5(σ1-σ3)L.sin2α.sinα。式中,σ1-σ3代表变形岩石的屈服强度,L为单位长度,α为σ1与变形带间的角度。该准则证明最大有效力矩出现在σ1轴左右54.7°方向,55°±10°区间力矩无显著变化,天然和实验的全部观测值全部位于该区间内。相关地质构造包括:膝褶带、伸展褶劈理、膏盐层中的屈服带、低角正断层、高角逆断层、结晶基底中的菱网状剪切带、地震反射剖面中的鳄鱼嘴构造和前陆盆地中的拆离褶皱等。据该准则可确定有关构造形成时的应力状态和运动学涡度,并扩展说明深俯冲超高压岩石的折返-出露机制。